JP2012251818A - 複列アンギュラ玉軸受の予圧測定方法、その方法を実施する装置、及び予圧保証がなされた複列アンギュラ玉軸受 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内周部に複列の外方軌道2s,2tを有する外輪2と、当該外輪の内周側へ同心に配され、その外周部に外方軌道と対向する内方軌道4s,4tを有する内輪4(ハブ12及び内輪構成体16)と、複列の外方軌道及び内方軌道の間にそれぞれ組み込まれた複数の玉6とを備えた複列アンギュラ玉軸受に対し、負荷するモーメント荷重を暫増させつつ、外内輪の相対傾きを測定するとともに、モーメント荷重を相対傾きで除した値を剛性値として算出し、算出した剛性値の変曲点の位置を、予め求めた予圧と変曲点の関係と比較し、複列アンギュラ玉軸受の予圧を特定する。
【選択図】図1
Description
変位計のスパンを増加させることも考えられるが、予圧測定装置の振動や剛性による影響を受けやすくなるので、これも得策ではない。
具体的には、前記算出した剛性値の変曲点の位置を、予め求めてある予圧と変曲点が発生するモーメント荷重の関係と比較することで、前記複列アンギュラ玉軸受の予圧を特定する。
本発明の予圧測定の対象となる軸受は、複列アンギュラ玉軸受(以下、単に複列軸受や軸受ともいう)であるが、その用途や大きさなどは特に限定されない。一例として、本実施形態においては、かかる軸受が自動車の車輪を支持するための軸受ユニット(ハブユニット軸受)である場合を想定する。ただし、かかる軸受ユニットが支持する自動車の車輪は、従動輪(前置エンジン後輪駆動(FR)車及び後置エンジン後輪駆動(RR)車の前輪、前置エンジン前輪駆動(FF)車の後輪)、あるいは駆動輪(FR車及びRR車の後輪、FF車の前輪及び四輪駆動車の全輪)のいずれであっても構わない。なお、図1から図3には、従動輪を支持する軸受ユニットの構成を一例として示す。また、かかる軸受ユニットは、排気量が2000ccクラスの乗用車に搭載されるサイズを一例として想定しており、このクラスのサイズであれば、転動体である玉のピッチ円径(PCD:Pitch Circle Diameter)は、60mm程度に設定される。ここで、以下の説明においては、かかる軸受ユニットが自動車に搭載された場合に、当該自動車の車体外方に相当する側(車輪側(図1から図3の上側))をアウトボード側といい、その反対側、すなわち自動車の車体内方に相当する側(同各図の下側)をインボード側という。
内輪4は、ディスクホイール及びブレーキロータ(いずれも図示しない)を固定してこれらとともに回転するハブ12と、当該ハブ12に配設される内輪構成体16で構成されている。この場合、ハブ12には、その外周部に外輪2のアウトボード側の外方軌道2sと対向する内方軌道4sが形成され、内輪構成体16には、その外周部に外輪2のインボード側の外方軌道2tと対向する内方軌道4tが形成されている。
なお、このような加締固定に代えて、例えば、内輪構成体16をハブ12の段部12sまで圧入外嵌した後、インボード側あるいはアウトボード側からナットなどの締結部材により規定のトルクで締め付けることによって当該ハブ12のインボード側に固定するとともに、軸受ユニットに対して所定の予圧が付与される場合もある。この場合も、後述する予圧測定方法(もしくはその方法を実施する装置)を用いて軸受ユニットに付与した予圧を正確に特定すれば、予圧保証を高精度に行うことが可能である。
また、図1から図3には、内輪構成体16を1つだけ備え、当該内輪構成体16をハブ12のインボード側に配設(一例として、圧入後に加締め固定)した内輪2の構成を示しているが、2つの内輪構成体を備え、これらの内輪構成体に外輪4の複列(2列)の外方軌道4s,4tと対向する2列の内方軌道をそれぞれ形成し、これらの内輪構成体をハブのインボード側およびアウトボード側にそれぞれ固定した内輪構成とすることも想定可能である。
一例として、図1から図3に示す構成においては、軸受ユニットのアウトボード側に接触型のシール(鋼板製の芯金の全体もしくは一部を各種の弾性材で連結してなる多リップシール)24が設けられているのに対し、インボード側には軸受ユニットのインボード側端部の略全体(外輪2及び内輪4(ハブ12と内輪構成体16)で囲まれた空間を含む)を覆って閉塞する静止構造をなすキャップ(底部を有する略円筒状のカバー部材)26が設けられており、これらのシール24及びキャップ26を設けることで、ユニット内部の密封性(気密性及び液密性)が保たれている。ただし、密封装置には、軸受ユニットの種類、使用目的や使用条件などに応じて要求される密封性(気密性や液密性)のレベルに応じ、上記に代えて、もしくは加えて、非接触型のシールやシールド(例えば、ステンレス板、鉄板等の薄い金属板を曲げ加工して成形されたシールドなど)、あるいはスリンガ、芯金及びシール部材を組み合わせた構造を成すパッケージ型のシール(いわゆるパックシール)などが使用される場合もある。
また、ハブ12および内輪構成体16の位置決め固定は、上述したような加締などの他、軸受ユニットの型式(タイプ)に応じて異なる方法を採用することができる。例えば、軸受ユニットが自動車の駆動輪を回転支持するハブユニット軸受の場合、内輪構成体16をハブ12に形成された段部12sまで外嵌した後、等速ジョイントのスプライン軸(図示しない)をハブ12のスプライン孔(図示しない)にインボード側からアウトボード側へ向けて圧入し、挿通する。そして、前記スプライン軸の延出方向先端部に設けられた雄ねじ部へCVJナット(図示しない)を螺合させ、当該CVJナットがハブ12のCVJナット座面と当接するように規定のトルクで締結することで、ハブ12と前記スプライン軸とを位置決め固定することができる。その際、内輪構成体16は、その一端面(インボード側の端面)が前記等速ジョイントの突き当て面(前記スプライン軸の延出方向終端部を拡径させてなる面部)に当接し、当該等速ジョイントの突き当て面とハブ12の段部12sとの間に挟み込まれることで位置決め固定される。このように内輪構成体16を位置決め固定することにより、軸受ユニットに対して所定の予圧を付与することができ、この場合も、後述する予圧測定方法(もしくはその方法を実施する装置)を用いて軸受ユニットに付与した予圧を正確に特定すれば、その予圧保証を高精度に行うことが可能である。
いずれの軸受ユニットにおいても、回転側の軌道輪は、車輪構成部材(例えば、車輪のディスクホイール及び制動装置のロータ(ブレーキロータ))が固定されて当該車輪構成部材とともに回転するのに対し、静止側の軌道輪は、車体構成部材(例えば、懸架装置のナックル)に固定されて静止状態に維持される。
また、本実施形態においては、モーメント荷重を連続的に暫増させた状態で軸受ユニットの剛性値測定(換言すれば、予圧測定)を行っており、例えば、ある一定の荷重における剛性値の測定を行う場合と比べ、測定時の異常を検出しやすい。このため、剛性値の測定(算出)精度、ひいては、軸受ユニットの予圧の測定精度を高めることが可能となる。
なお、剛性値の変曲点は、軸受ユニットに予圧を付与した場合にのみ現出し、正すきまの軸受ユニットでは現出しない(正すきまの軸受ユニットでは、剛性値は単純増加となる(図4参照))。特に、自動車の車輪を支持するためのハブユニット軸受においては、軸受が正すきまの状態では車輪にガタが発生し、操縦性に悪影響を及ぼすこととなるため、正すきまが採用されることはない。したがって、本実施形態に係る予圧測定を行った際、軸受ユニットの剛性値に変曲点が現出すれば、当該軸受ユニットは正すきまの状態ではなく、予圧が付与された状態であると明確に判定することができ、軸受ユニットが正すきまの状態のまま出荷されてしまうような事態を未然に防止することも可能となる。
図1に示す構成においては、傾き測定手段62として4つの変位計(変位測定装置)を軸受中心軸(回転軸C)と荷重負荷位置を結ぶ線分及びその延長線上に配設しており、各変位計の測定部位における変位を測定し、当該変位に基づいて外内輪2,4の傾きを測定する。そして、外内輪2,4の傾きの測定結果から傾き算定手段によって、外内輪2,4の相対傾き(外内輪2,4に生じた傾きの差)を算出している。この場合、変位計62は、軸受ユニットのインボード側とアウトボード側にそれぞれ2つずつ配設されている。具体的には、外輪2が固定されたナックル相当治具32に対し、当該外輪2の固定フランジ2fの僅かに外径側に測定部位が位置付けられるように2つ、内輪4(ハブ12)に固定されたホイール相当治具34に対し、当該ハブ12のハブフランジ12fの僅かに内径側に測定部位が位置付けられるように2つ、それぞれ変位計62が配設されている。一例として、図1には、これら4つの変位計62を、ナックル相当治具32のアウトボード側の周面32a上を測定部位として、その測定部位が外輪2の固定フランジ2fの外周縁(外接円径)よりも僅かに外径側に1つ(同図に示す変位計62aによる測定部位)、当該変位計62aによる測定部位から周方向へ180°の位相差で1つ(同図に示す変位計62bによる測定部位)設定されるように、計2つの変位計62a,62bを周方向に対して等間隔で配設するとともに、ホイール相当治具34のアウトボード側の周面34a上を測定部位として、その測定部位がハブ12のハブフランジ12fの外周縁(外接円径)よりも僅かに内径側に1つ(同図に示す変位計62cによる測定部位)、当該変位計62cによる測定部位から周方向へ180°の位相差で1つ(同図に示す変位計62dによる測定部位)設定されるように、計2つの変位計62c,62dを周方向に対して等間隔で配設した構成を示している。各変位計62(62aから62d)をこのように配設することで、変位計62(具体的には、その測定部位)のスパンを拡大させることができ、結果として、これら変位計62による変位の測定差(変位差)をより大きくすることができる。また、変位計62(62aから62d)による測定部位を軸受ユニット(例えば、外内輪2,4)ではなく、ナックル相当治具32及びホイール相当治具34(周面32a及び周面34a)に設定することで、これら変位計62による測定部位の平坦性(平面性)を確実に担保することができる。
一方、監視特定変曲点が規定の範囲から外れていた場合、軸受ユニットに対して、規定範囲内(規格内)の予圧が付与されていないものと判定することができる。このような判定時は、予圧が規格外にあるような軸受ユニットの出荷を未然に防止することができ、結果として、顧客に対する製品保証をより確実に担保することが可能となる。
なお、傾き算出手段、剛性値算出手段、変曲点監視手段、及び予圧特定手段としては、例えば、制御部、記憶部、演算部などのハードウェアをソフトウェアで連動稼働させるような処理装置(ICチップ、PCやサーバなど)を所定の通信手段を介して各手段個別に、もしくは統合して設けてもよいし、これらと同等の機能を変位計62に付加させた構成などであってもよい。
すなわち、かかる予圧測定装置においては、ナックル相当治具32が両切りボルト58によって軸受ユニットのインボード側に取り付けられており、軸受ユニットは、かかる両切りボルト58の軸力に相当する力により引っ張られることで、ナックル相当治具32を介して装置本体30に対して位置決め固定されている。このため、かかる予圧測定装置には、上述した装置(図1)のように油圧クランプ36は備えられておらず、より簡略化された構造となっている。この場合、装置本体30には、外輪2(固定フランジ2f)の固定孔2h、及びナックル相当治具32の貫通孔32hといずれも連通可能で、両切りボルト58を挿入可能な穴部30hが形成されている。かかる穴部30hに固定孔2hと螺合させた両切りボルト58を挿入し、所定の引っ張り手段(例えば、油圧や空圧などによって伸縮自在なシリンダ(アクチュエータ)、バネ等の弾性体など)64から軸受ユニットに対して装置本体30方向への張力(軸力に相当する力)を作用させることで、軸受ユニットを装置本体30に対して位置決め固定している。
このように、本実施形態においては、軸受ユニットに対してナックル相当治具32、及びホイール相当治具34のいずれもボルト止め(締結固定)されていないため、予圧測定装置に対する軸受ユニットのセットを上述した第1実施形態に係る予圧測定装置(図1)よりも容易に行うことができるため、予圧測定(予圧保証)を量産ラインでも実施しやすい。
この場合、シリンダ60は、軸受ユニットのアウトボード側に、ホイール相当治具34の周面34a上を負荷部位として2つ配設されている。そのうちの一方(一例として、図2に示すシリンダ60a)は、その負荷部位がハブ12のハブフランジ12fの外周縁(外接円径)よりも若干内径側へ位置付けられるように、変位計62cの内径側に並んで配設し、他方(一例として、図2に示すシリンダ60b)は、その負荷部位がハブ12のハブフランジ12fの外周縁(外接円径)よりも若干内径側へ位置付けられるように、変位計62dの内径側に並んで配設している。
そして、一方のシリンダ60aから負荷する荷重を他方のシリンダ60bから負荷する荷重よりも大きくする(すなわち、シリンダ60aにより比較的強く押圧するとともに、シリンダ60bにより比較的弱く押圧する)ことで、ホイール相当治具34を内輪4(ハブ12のハブフランジ12f)へ押し付けるような荷重(スラスト荷重)をモーメント荷重と同時に軸受ユニットに対して負荷させることができる。これにより、軸受ユニットの姿勢を安定させている。
軸受ユニットを予圧測定装置にセットする場合、まず、ナックル相当治具32の貫通孔32cに外輪2のインボード側端部の円筒部位2bを嵌め込みつつ、固定フランジ2fがナックル相当治具32のアウトボード側の周面32aと当接するように、軸受ユニットを当該ナックル相当治具32の周面32a上に載置する。そして、ボルト54を貫通孔34hに挿通させつつ、ホイール相当治具34のインボード側の周面34bが軸受ユニットのハブフランジ12fのアウトボード側と当接するように、当該ホイール相当治具32を軸受ユニット上に降下、載置させればよい。
このため、予圧測定装置に対する軸受ユニットのセットを上述した第1実施形態に係る予圧測定装置(図1)、及び第2実施形態に係る予圧測定装置(図2)よりも容易に行うことができ、予圧測定(予圧保証)をさらに量産ラインで実施しやすい。
シリンダ60c,60dをこのように配設することで、軸受ユニットのインボード側に対するナックル相当治具32の取り付け、及びナックル相当治具32を介した軸受ユニットの装置本体30への固定を省略するとともに、ナックル相当治具32のアウトボード側の周面32a上を測定部位とする変位計(図1及び図2に示す2つの変位計62a,62b)を省略することができる。したがって、本実施形態に係る予圧測定装置には、ホイール相当治具34のアウトボード側の周面34a上を測定部位とする2つの変位計62e,62fのみを傾き測定手段62として配設している。これら2つの変位計62e,62fは、その測定部位がハブ12のパイロット部12pの外周縁(パイロット径)よりも若干外径側に位置付けられるように、シリンダ60c,60dの内径側にこれらと並んで配設する。これにより、各変位計62e,62fの測定部位における軸受部分(玉6と複列の外方軌道2s,2t及び内方軌道4s,4tに相当する部分)の割合を上げ、変位測定値に占める当該軸受部分の変形成分の比率を高めている。
なお、予圧測定装置を図5に示すような構成とした場合、外内輪2,4の相対傾きの絶対値の測定においては不利な構造となるが、本実施形態に係る予圧測定では当該絶対値は問題とはならないため、上述したような装置構成とすることが可能となる。
本発明の予圧測定方法(予圧保証方法)は、数十から数百N程度の予圧で使用される工作機械用などの一般の複列アンギュラ玉軸受などより、はるかに大きな予圧(数kN程度)で使用されるハブユニット軸受の保証に適している。
2s,2t 外方軌道
4 内輪
4s,4t 内方軌道
6 玉
12 ハブ
16 内輪構成体
Claims (4)
- 内周部に複列の外方軌道を有する外輪と、当該外輪の内周側へ同心に配され、その外周部に前記外方軌道と対向する内方軌道を有する内輪と、前記複列の外方軌道及び内方軌道の間にそれぞれ組み込まれた複数の玉とを備えた複列アンギュラ玉軸受に付与した予圧を測定するための方法であって、
負荷するモーメント荷重を暫増させつつ、前記外輪と前記内輪の相対傾きを測定するとともに、前記モーメント荷重を前記相対傾きで除した値を剛性値として算出し、
前記剛性値の変曲点により、前記複列アンギュラ玉軸受に付与した予圧を特定することを特徴とする複列アンギュラ玉軸受の予圧測定方法。 - 前記算出した剛性値の変曲点の位置を、予め求めた予圧と変曲点の関係と比較し、前記複列アンギュラ玉軸受の予圧を特定することを特徴とする請求項1に記載の複列アンギュラ玉軸受の予圧測定方法。
- 内周部に複列の外方軌道を有する外輪と、当該外輪の内周側へ同心に配され、その外周部に前記外方軌道と対向する内方軌道を有する内輪と、前記複列の外方軌道及び内方軌道の間にそれぞれ組み込まれた複数の玉とを備えた複列アンギュラ玉軸受に付与した予圧を測定するための装置であって、
前記複列アンギュラ玉軸受に対してモーメント荷重を暫増負荷させる手段と、
前記モーメント荷重によって変化する前記外輪と前記内輪の傾きを測定する手段と、
前記外内輪の傾きから、相対傾きを算出する手段と、
前記モーメント荷重を前記相対傾きで除した値を剛性値として算出する手段と、
前記剛性値の変曲点の位置を監視する手段と、
前記監視した変曲点と予め求めてある予圧と変曲点が発生するモーメント荷重の関係とを比較し、予圧を特定する手段とを備えることを特徴とする複列アンギュラ玉軸受の予圧測定装置。 - 内周部に複列の外方軌道を有する外輪と、当該外輪の内周側へ同心に配され、その外周部に前記外方軌道と対向する内方軌道を有する内輪と、前記複列の外方軌道及び内方軌道の間にそれぞれ組み込まれた複数の玉とを備え、予圧が付与された複列アンギュラ玉軸受であって、
請求項1もしくは2に記載の複列アンギュラ玉軸受の予圧測定方法、または、請求項3に記載の複列アンギュラ玉軸受の予圧測定装置により、前記予圧が保証されていることを特徴とする複列アンギュラ玉軸受。
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